CN208805081U - 一种空间旋转设备水冷散热的换热器 - Google Patents

Abstract

一种空间旋转设备水冷散热的换热器，换热器为密闭式结构，换热器内部设有热交换的内部腔体，换热器的内部腔体是连通的，其特征在于：换热器的外侧水箱腔体为一个环状汇流腔体，使外侧水箱腔体的冷却介质和空气可以自由移动，其进水口设置在外侧水箱腔体上；换热器中间设有一个中间汇流腔，环状汇流腔体通过导管与中间汇流腔联通，并将外侧水箱腔体内液体汇集到中间汇流腔，出水口入口位置设置在中间汇流腔的中心位置。本实用新型通过将换热器出水口的入口设置在中间汇流腔体中心部位，使换热器出水口始终保持满管状态。在保证换热器散热能力的同时，实现了气液分离，保证了从换热器出口进入到水冷循环系统的全部都是冷却液，达到防吸空的目的。

Description

一种空间旋转设备水冷散热的换热器

技术领域

本实用新型涉及到一种设备的散热装置，尤其是指一种空间旋转设备水冷散热的换热器，通过该换热器可以有效解决空间旋转设备水冷散热的问题；可以广泛应用于电力电子，机器人，车辆工程，飞行器等居多领域，属于散热技术领域。

背景技术

电子器件正常工作时都会发热，热量如不能及时散出，电子器件就无法保持其正常工作温度，电子器件的散热对器件的正常工作尤为重要。电子器件散热有风冷，水冷，浸泡冷却等多种方式，其中水冷散热由于其体积小，功率密度高，散热效果优异，以及安全、高效、环保和节能等优点在电力电子装置的冷却系统中得到了广泛的应用。

现在一般循环水冷却系统主要由循环水泵、换热器、冷却风机、膨胀水箱、管路及附属件组装成。常规的水冷装置一般可以保持一个相对稳定的空间状态，因而最为常见的水冷装置水箱都是开放式的，直接与大气相通，极少数水冷装置做成全密闭的方式，防止介质被污染。

但是常规的水冷装置基本都是固定设备，面对一起长时间沿任意轴线旋转的工况要求，因为会出现漏液，管道循环系统中吸入空气等故障，基本上都无法正常工作，特别是管道系统中吸入空气以后，冷却系统中因为空气会占据冷却液的空间，导致发热部件无法充分接触到冷却液，易出现散热不良，温升急剧升高，导致器件烧损的严重故障。因为水冷系统在空间旋转设备上应用存在许多问题，尽管空间旋转设备的功率密度得到了很大的提高，但是其散热方式还是不得不依赖风冷的冷却方式。风冷的散热方式散热功率密度低、体积大等缺点已经严重制约了设备的发展，很有必要对此加以解决。

通过专利检索没发现有与本实用新型相同技术的专利文献报道，与本实用新型有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利号为CN201410675908.2，名称为“一种旋转平台冷凝换热实验装置及方法”，申请人为陕西科技大学的发明专利，该专利公开了一种旋转平台冷凝换热实验装置及方法，该方法可以准确模拟烘缸运行状态。通道各热力参数通过无线传输方式传至电脑，且转盘旋转速度可以调整，用来模拟不同车速的烘缸。装置由恒温室、竖直旋转平台以及应用于此平台的冷凝换热实验段组成，其中冷凝换热实验段分为蒸汽段和冷却剂段两部分。

2、专利号为CN201720781182.X，名称为“冷干机用板式换热器” ，申请人为江阴市哈格诺换热设备有限公司的实用新型专利，该专利公开了一种冷干机用板式换热器，这种冷干机用板式换热器通过将换热器内部分成多组通道，实现气液完全分离，并且多通道多介质共同冷却，提高了板式换热器的换热效果；这种冷干机用板式换热器在分配器接口处采用列管胀接，列管伸出分配器接口，可以避免气体和液体泄漏，提高了板式换热器的质量；板式换热器中的单块板片上开设多条人字形凹槽，人字形凹槽可以引导冷却介质的流向，增加了冷却介质的行程，从而提高了板式换热器的换热效果；板式换热器的前端板和后端板上均设有保护罩，保护罩的中间设置有多条横向加强筋和纵向加强筋用于对保护罩起到加强作用，这样便保证了板式换热器在运输时不会受到磨损。

3、专利号为CN201610693435.8， 名称为“一种回转圆筒固体粉料换热装置及方法” ，申请人为中国重型机械研究院股份公司的发明专利，该专利公开了一种回转圆筒固体粉料换热装置及方法，装置包括圆筒换热器和传动装置，圆筒换热器头部装配进料螺旋和进料锥斗，尾部装配双出料锥斗，通过托轮支撑于支架之上，由传动装置驱动绕中心线转动；随换热器的转动，高温半焦和原煤向前输送的同时通过换热管直接传导换热，半焦冷却至200℃以下熄焦，原煤吸热升温，干燥脱水至6％以下含水率。

通过对上述这些专利的仔细分析，这些专利虽然都涉及到了旋转换热方法，也提出了一些改进技术方案，但通过仔细分析，尚没有提出解决前面所述对于转动部件换热所存在问题的办法，因此解决前面所述空间旋转设备的功率密度得到了很大的提高，但是其散热方式还是不得不依赖风冷的冷却方式，而风冷的散热方式散热功率密度低、体积大等缺点已经严重制约了设备的发展的问题依然存在，所以仍有待进一步加以研究解决。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有转动部件的冷却散热不能采用水冷散热所存在的问题，提出一种新的空间旋转设备散热的换热器，该种换热器可以实现空间旋转设备散热的水冷换热。

为了达到这一目的，本实用新型提供空间旋转设备水冷散热的换热器，换热器为密闭式结构，换热器内部设有热交换的内部腔体，换热器的内部腔体是连通的，其特征在于：换热器的外侧水箱腔体为一个环状汇流腔体，使外侧水箱腔体的冷却介质和空气可以自由移动，其进水口设置在外侧水箱腔体上；换热器中间设有一个中间汇流腔，环状汇流腔体通过导管与中间汇流腔联通，并将外侧水箱腔体内液体汇集到中间汇流腔，出水口入口位置设置在中间汇流腔的中心位置。

进一步的，所述的导管是在环状汇流腔体与中间汇流腔之间设置有芯体，芯体内设有芯体流道，换热器水箱的环状汇流腔体通过芯体流道与位于换热器中心部位的中间汇流腔体连通，使得换热器的出水都汇集到中间汇流腔体，由位于中心的出水口排出。

进一步的，所述的环状汇流腔体为多边形或圆形；所述的中间汇流腔体为与环状汇流腔体相对应的多边形或圆形。

进一步的，所述的环状汇流腔体为四边形；所述的中间汇流腔体也为四边形。

进一步的，所述的芯体分别设置在环状汇流腔体与中间汇流腔之间的两边空间内，芯体周边形状与环状汇流腔体与中间汇流腔的形状相配，使得环状汇流腔体与中间汇流腔连通起来。

进一步的，所述的芯体流道的入口突出伸入到换热器水箱环状汇流腔体内，保证换热器在旋转时，移动速度较慢的气体不会进入到芯体流道中。

进一步的，所述的芯体流道是并联排列的，使得流道内的流速降低，因偶然因素进入中间汇流腔的气体能够通过芯体流道返回换热器水箱四周环状汇流腔体中。

进一步的，所述的芯体流道入水口宽度小于换热器的环状汇流腔体厚度，使得芯体流道在突入环状汇流腔体部分上下都有间隙，保证环状汇流腔体中的气泡在水平位置不会进入到芯体流道。

进一步的，所述的换热器出水口是从换热器边上通过导管引伸到中间汇流腔体的中心部位的。

进一步的，芯体与中间汇流腔配合的部分保持与中间汇流腔的宽度一致。

本实用新型的优点在于：

本实用新型通过将整个水冷系统和换热器连接成为全密闭系统，并将换热器出水口的入口设置在中间汇流腔体的中心部位，使得换热器出水口将始终保持满管状态。即使水冷系统或者换热器空间任意角度旋转，因为水箱外侧腔体是连通的，空气气泡将在重力的作用下，始终处于外侧腔体的空间位置顶部，而出水口则始终保持在液面以下。在保证换热器散热能力的同时，实现了气和液的分离，保证了从换热器出口进入到水冷循环系统的全部都是冷却液，达到防吸空的目的。具有如下一些特点：

1、换热器与水箱集成于一体，外侧设计成连通的水箱腔体形式，进水口设置在外侧水箱腔体上，保证换热器在空间旋转时，气体可以在水箱腔体中快速移动，始终处于水箱腔体中的最高位置。外侧水箱腔体的厚度大于比芯体进水口的尺寸，保证换热器在水平等位置放置时，空气不会进入到芯体的流道中。芯体流道深入外侧水箱腔体一定的距离，保证换热器旋转时，移动速度较慢的气泡不会进入芯体流道中，从而实现了水和气的分离。

2、换热器中间设置有中间汇流腔，出水口位于整个换热器的正中心位置的中间汇流腔中，实现了出水口始终处于液面以下，气泡不会进入到水冷系统的循环管路中。通过外侧水箱腔体与芯体的气液分离，以及中间汇流腔与导管的气液分离，实现了两次液和气的分离，保证了出水管道中无空气进入。

3、通过芯体的流道优化设计，降低芯体的流速，使换热器中间汇流腔中的气体可以通过浮力自动排出回到外侧水箱腔体中。

4、外侧腔体中保留了一部分空气，可以使密闭式循环系统中冷却液热胀冷缩产生的体积变化变成空气的体积变化，利于气体可以被压缩的原理，不会使系统的压力产生很大的变化，维持了系统压力的稳定。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例结构示意图；

图2是本实用新型的换热器结构示意主视图；

图3是图2的侧面结构示意图；

图4是图2的俯视结构示意图；

图5是本实用新型的换热器转动90度的状态示意图；

图6是本实用新型的换热器转动30度的状态示意图；

图7是本实用新型的换热器另一方向倾斜位置的状态示意图；

图8是本实用新型的另一个实施例结构示意图；

图9是本实用新型的另一个实施例结构示意图；

图10是本实用新型的另一个实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本实用新型。

实施例一

通过附图可以看出，本发明涉及一种空间旋转设备水冷散热的换热器，换热器为密闭式结构，其内部腔体是连通的，其特征在于：换热器外侧为外侧水箱腔体，外侧水箱腔体为一个环状的环状汇流腔体2，使四周的冷却介质和空气可以自由移动，其进水口3设置在外侧水箱腔体上；换热器中间设有一个中间汇流腔4，环状汇流腔体通过导管与中间汇流腔4联通，并将外侧水箱腔体内液体汇集到中间汇流腔，出水口6的出水口入口5位置设置在中间汇流腔4的中心位置。

所述的外侧水箱腔体内液体汇集到中间汇流腔4是在换热器水箱四周设置环状汇流腔体2，环状汇流腔体2上设有进水口3，进水口3设置在环状汇流腔体中间部位；在换热器水箱中心设置中间汇流腔体4，换热器出水口6的出水口入口设置在中间汇流腔体的中心部位；所述环状汇流腔体2通过导管与中间汇流腔4联通是在环状汇流腔体与中间汇流腔体之间设置有芯体1，芯体1内设有芯体流道或导管，换热器水箱四周环状汇流腔体通过芯体流道或导管与位于换热器中心部位的中间汇流腔体连通，使得换热器的出水都汇集到中间汇流腔体，由位于中心的出水口排出。

图1示出了一种空间旋转设备水冷散热的换热器，该种换热器能任意轴线旋转而不会吸空，且带有膨胀水箱功能；该换热器包括芯体1、环状汇流腔体2、中间汇流腔4、与外部循环系统相连的进水口3，与水泵连接的出水口6以及与出水口连通的导管5。

芯体1由中间汇流腔隔开，分为左右两个完全相同的芯体，这两个芯体可以分开独立制作也可以连通中间汇流腔一起制作。

如图2所示，芯体制作时保证进水口的宽度要小于外侧水箱腔体的厚度，保证和水箱中的气泡在水平位置不会进入到芯体流道7。同时将芯体1的芯体流道7进水口部分加长，使芯体流道7进水口伸入到外侧水箱腔体2中突出一定的长度，使水箱在旋转过程中，来不及移动的空气不会进入到芯体流道7中。芯体1与中间汇流腔配合的部分保持与中间汇流腔4的宽度一致，有利于气体的排出。

在中间汇流腔上焊接导管5，使导管5伸入到汇流腔的正中心位置，导管5的入口8设置在中间汇流腔4的中心位置，控制好导管的长度，并连接到出水口6（进出水口的位置根据实际结构需要可以调整，示图仅举例说明），使得箱内的液面9始终在入口8的上面，完成后检查中间汇流腔的密封性能。

如附图3所示，将芯体1和中间汇流腔4部分除通风面以外，用外侧水箱腔体焊接包裹起来，尽量保持外侧腔体水箱内壁光滑，外侧水箱腔体与换热器芯体，中间汇流排成为一个整体。芯体流道7的宽度10小于芯体1的宽度11；芯体1的宽度又小于外侧水箱腔体内空的宽度12。

在外侧水箱腔体上制作进水口3，并对整个换热器进行密封性检查。

整个水冷系统或者换热器在任意方向旋转时，外侧水箱腔体中的空气气泡始终都处于外侧水箱腔体的最高点，换热器出水口（水泵的抽水口）和换热器芯体流道进水口位置始终处于换热器内部液面9以下，如图3至图7为不同空间位置时所示。由于换热器和水冷装置在旋转运动的过程中，转动的速度相对较慢，所有在各种典型工况切换过程中，气泡有足够的时间进行转移，保证始终处于换热器的最高点，不会进入换热器芯体流道以及水泵等其他工作器件。同时密闭循环水系统其它位置由于各种原因有残留的气泡，通过液体的循环，最终也将全部汇集到换热器周边的空腔内。

实施例二

实施例二的原理与实施例一基本一样，只是结构有所不同，为一种空间旋转设备水冷散热的换热器，换热器为密闭式结构，其内部腔体是连通的，其特征在于：换热器外侧为外侧水箱腔体，外侧水箱腔体为一个环状的环状汇流腔体202，使四周的冷却介质和空气可以自由移动，其进水口203设置在外侧水箱腔体上；换热器中间设有一个中间汇流腔204，环状汇流腔体通过导管与中间汇流腔联通，并将外侧水箱腔体内液体汇集到中间汇流腔，出水口入口208位置设置在中间汇流腔的中心位置。

所述的外侧水箱腔体内液体汇集到中间汇流腔是在换热器水箱周边设置环状汇流腔体，环状汇流腔体202上设有进水口203；在换热器水箱中心设置中间汇流腔体204，换热器出水口206的入口208设置在中间汇流腔体的中心部位；环状汇流腔体与中间汇流腔体之间设置有芯体201，芯体201内设有芯体流道207，换热器水箱四周环状汇流腔体通过芯体流道与位于换热器中心部位的中间汇流腔体连通，使得换热器的出水都汇集到中间汇流腔体，由位于中心的出水口208排出。出水口206通过出水导管205伸入到出水口入口208位置。使得无论换热器怎样旋转，液面209始终位于出水口入口208上面，保证空气不被吸入到中间汇流腔体204。

只是外侧水箱腔体的结构与实施例一不同，换热器水箱为正多边形结构且内部流道207可以做出车辐状（如附图8），换热器的环状汇流腔体为外侧的多边形环套状结构，且换热器的进水口设置在换热器水箱外侧环状汇流腔体的任意一边上；换热器的中间部位的中间汇流腔体为与外侧多边形对应的多边形结构或方形结构，换热器的出水口设置在中间汇流腔体的中心位置。

实施例三

实施例三的原理与实施例一基本一样，只是换热器的结构与实施例一不同（如附图9所示），为一种空间旋转设备水冷散热的换热器，换热器为密闭式结构，其内部腔体是连通的，其特征在于：换热器外侧为外侧水箱腔体，外侧水箱腔体为一个环状的环状汇流腔体302，使外侧的冷却介质和空气可以自由移动，其进水口303设置在外侧水箱腔体上；换热器中间设有一个中间汇流腔304，环状汇流腔体通过导管与中间汇流腔联通，并将外侧水箱腔体内液体汇集到中间汇流腔，出水口入口308位置设置在中间汇流腔的中心位置，使得出水口入口308始终位于液位309下面。

所述的外侧水箱腔体内液体汇集到中间汇流腔是在换热器水箱外侧设置环状汇流腔体，环状汇流腔体上设有进水口303；在换热器水箱中心设置中间汇流腔体，换热器出水口306的入口308设置在中间汇流腔体304的中心部位；环状汇流腔体302与中间汇流腔体304之间设置有芯体301，芯体301内设有芯体流道307，换热器水箱外侧环状汇流腔体通过芯体流道与位于换热器中心部位的中间汇流腔体连通，使得换热器的出水都汇集到中间汇流腔体304，由位于中心的出水口308排出。

换热器外侧水箱腔体为环状形结构，芯体为两个半圆形结构，中间汇流腔为矩形结构，中间汇流腔体位于结构的中间位置，中间汇流腔体方形结构或圆环形结构；换热器的进水口设置在环状形结构的外侧水箱腔体任意位置；换热器的出水口设置在中间汇流腔体的中心位置。

实施例四

实施例四的原理与实施例一基本一样，只是换热器的结构与实施例一不同（如附图10所示），为一种空间旋转设备水冷散热的换热器，换热器为密闭式结构，其内部腔体是连通的，其特征在于：换热器外侧为外侧水箱腔体，外侧水箱腔体为一个环状的环状汇流腔体402，使外侧的冷却介质和空气可以自由移动，其进水口403设置在外侧水箱腔体上；换热器中间设有一个中间汇流腔404，环状汇流腔体402通过导管与中间汇流腔联通，并将外侧水箱腔体内液体汇集到中间汇流腔，出水口入口408位置设置在中间汇流腔的中心位置。

所述的外侧水箱腔体内液体汇集到中间汇流腔是在换热器水箱外侧设置环状汇流腔体，环状汇流腔体上设有进水口；在换热器水箱中心设置中间汇流腔体，换热器出水口的入口设置在中间汇流腔体的中心部位；环状汇流腔体与中间汇流腔体之间设置有芯体，芯体内设有芯体流道，换热器水箱外侧环状汇流腔体通过芯体流道与位于换热器中心部位的中间汇流腔体连通，使得换热器的出水都汇集到中间汇流腔体，由位于中心的出水口排出。

所述的中间汇流腔404也为环状结构，中间汇流腔体404位于结构的中心腔体位置，换热器的出水口设置在中间汇流腔体的中心；芯体401也为环状结构，芯体流道407为条幅状布置。

上述所列实施例，只是结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的优点在于：

本实用新型通过将整个水冷系统和换热器连接成为全密闭系统，并将换热器出水口的入口设置在中间汇流腔体的中心部位，使得换热器出水口将始终保持满管状态。即使水冷系统或者换热器空间任意角度旋转，因为水箱外侧腔体是连通的，空气气泡将在重力的作用下，始终处于外侧腔体的空间位置顶部，而出水口则始终保持在液面以下。在保证换热器散热能力的同时，实现了气和液的分离，保证了从换热器出口进入到水冷循环系统的全部都是冷却液，达到防吸空的目的。具有如下一些特点：

1、换热器与水箱集成于一体，四周设计成连通的水箱腔体形式，进水口设置在外侧水箱腔体上，保证换热器在空间旋转时，气体可以在水箱腔体中快速移动，始终处于水箱腔体中的最高位置。外侧水箱腔体的厚度大于比芯体进水口的尺寸，保证换热器在水平等位置放置时，空气不会进入到芯体的流道中。芯体流道深入外侧水箱腔体一定的距离，保证换热器旋转时，移动速度较慢的气泡不会进入芯体流道中，从而实现了水和气的分离。

2、换热器中间设置有中间汇流腔，出水口位于整个换热器的正中心位置的中间汇流腔中，实现了出水口始终处于液面以下，气泡不会进入到水冷系统的循环管路中。通过外侧水箱腔体与芯体的气液分离，以及中间汇流腔与导管的气液分离，实现了两次液和气的分离，保证了出水管道中无空气进入。

3、通过芯体的流道优化设计，降低芯体的流速，使换热器中间汇流腔中的气体可以通过浮力自动排出回到外侧水箱腔体中。

4、外侧腔体中保留了一部分空气，可以使密闭式循环系统中冷却液热胀冷缩产生的体积变化变成空气的体积变化，利于气体可以被压缩的原理，不会使系统的压力产生很大的变化，维持了系统压力的稳定。

Claims (10)

1.一种空间旋转设备水冷散热的换热器，换热器为密闭式结构，换热器内部设有热交换的内部腔体，换热器的内部腔体是连通的，其特征在于：换热器的外侧水箱腔体为一个环状汇流腔体，使外侧水箱腔体的冷却介质和空气可以自由移动，其进水口设置在外侧水箱腔体上；换热器中间设有一个中间汇流腔，环状汇流腔体通过导管与中间汇流腔联通，并将外侧水箱腔体内液体汇集到中间汇流腔，出水口入口位置设置在中间汇流腔的中心位置。

2.如权利要求1所述的空间旋转设备水冷散热的换热器，其特征在于：所述的导管是在环状汇流腔体与中间汇流腔之间设置有芯体，芯体内设有芯体流道，换热器水箱的环状汇流腔体通过芯体流道与位于换热器中心部位的中间汇流腔体连通，使得换热器的出水都汇集到中间汇流腔体，由位于中心的出水口排出。

3.如权利要求2所述的空间旋转设备水冷散热的换热器，其特征在于：所述的环状汇流腔体为多边形或圆形；所述的中间汇流腔体为与环状汇流腔体相对应的多边形或圆形。

4.如权利要求2所述的空间旋转设备水冷散热的换热器，其特征在于：所述的环状汇流腔体为四边形；所述的中间汇流腔体也为四边形。

5.如权利要求2所述的空间旋转设备水冷散热的换热器，其特征在于：所述的芯体分别设置在环状汇流腔体与中间汇流腔之间的两边空间内，芯体周边形状与环状汇流腔体与中间汇流腔的形状相配，使得环状汇流腔体与中间汇流腔连通起来。

6.如权利要求5所述的空间旋转设备水冷散热的换热器，其特征在于：所述的芯体流道的入口突出伸入到换热器水箱环状汇流腔体内，保证换热器在旋转时，移动速度较慢的气体不会进入到芯体流道中。

7.如权利要求2所述的空间旋转设备水冷散热的换热器，其特征在于：所述的芯体流道是并联排列的，使得流道内的流速降低，因偶然因素进入中间汇流腔的气体能够通过芯体流道返回换热器水箱四周环状汇流腔体中。

8.如权利要求7所述的空间旋转设备水冷散热的换热器，其特征在于：所述的芯体流道入水口宽度小于换热器的环状汇流腔体厚度，使得芯体流道在突入环状汇流腔体部分上下都有间隙，保证环状汇流腔体中的气泡在水平位置不会进入到芯体流道。

9.如权利要求3所述的空间旋转设备水冷散热的换热器，其特征在于：所述的换热器出水口是从换热器边上通过导管引伸到中间汇流腔体的中心部位的。

10.如权利要求3所述的空间旋转设备水冷散热的换热器，其特征在于：芯体与中间汇流腔配合的部分保持与中间汇流腔的宽度一致。